Устройство для опознавания объекта в когерентном свете - RU168079U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относится к области оптического лазерного приборостроения и может быть использована в различных отраслях промышленности, в частности в геодезии, для привязки и ориентации на местности, при наведении теплового (инфракрасного) источника излучения на местности.

Известно устройство (см. www.500mwlaser.ru), содержащее осветительную часть, включающую лазер и коллиматор, состоящий из первого и второго объективов, образующий пучок параллельных световых лучей с длиной волны λ₁.

Известно устройство (см. Патент №140575 от 9.04.2014 г. МПК G01B 9/025. Бюл. №13, 2014 г. Авт. Черных В.Т., Черных Г.С.), содержащее источник когерентного излучения, коллиматор, состоящий из первого и второго объективов, формирующий световой пучок с длиной волны λ₁, плоскопараллельную пластину, проекционный объектив, полевую диафрагму, установленную между вторым объективом и рабочей зоной.

Наиболее близким техническим решением является устройство (см. Патент №123136 от 20.12.2012 г. МПК G01B 9/021. Бюл. №35, 2012 г. Авт. Черных В.Т., Черных Г.С., Борисов А.Н., Тукшаитов Р.Х.), содержащее лазерный источник излучения, коллиматор, состоящий из первого и второго объективов, формирующий световой пучок с длиной волны λ₁, две плоскопараллельные пластины, установленные в рабочей зоне, под равными, но противоположно направленными углами к оптической оси коллиматора.

Основным недостатком известных устройств, по мнению авторов, является узкий спектр технологических возможностей при опознавании объекта в когерентном свете, поскольку в известных устройствах используют только один спектральный диапазон длин волн видимой области спектра.

Однако на практике имеется целый ряд задач по опознаванию объекта в когерентном свете для решения которых целесообразно использовать и другие спектральные области, например, инфракрасный диапазон длин волн.

Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства для опознавания объекта в когерентном свете, в котором устранен основной недостаток аналогов и прототипа.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение технологических возможностей устройства при опознавании объекта в когерентном свете за счет обеспечения однонаправленного воздействия на опознаваемый объект в когерентных световых пучках с длинами волн λ₁ и λ₂.

Технический результат достигается тем, что устройство для опознавания объекта в когерентном свете, содержащее оптически связанные первый лазер и первый коллиматор, имеющий первый и второй объективы, формирующие световой пучок с длиной волны λ₁ и установленные вдоль оптической оси первого коллиматора, согласно предлагаемой полезной модели, дополнительно содержит зеркало с отражающим покрытием, оптически связанные второй лазер и второй коллиматор, также имеющий первый и второй объективы, формирующие световой пучок с длиной волны λ₂, при этом оптическая ось второго коллиматора направлена под углом 90° к оптической оси первого коллиматора и проходит через центр зеркала, которое расположено за вторым объективом первого коллиматора под углом к оптической оси, причем отражающее покрытие зеркала обращено в противоположную сторону относительно второго объектива первого коллиматора, в зеркале, по его центру, выполнено отверстие диаметром ∅_о, сквозь которое проходит световой пучок с длиной волны λ₁ первого коллиматора, диаметр ∅_п светового пучка на выходе второго коллиматора определяется диаметром отверстия ∅_о зеркала и составляет величину, равную 1,5∅_о, а зеркало с отверстием и второй коллиматор установлены с возможностью совмещения оптической оси второго коллиматора с оптической осью первого коллиматора, начиная от точки их пересечения в центре зеркала, обеспечивая возможность однонаправленного распространения когерентных световых пучков с длинами волн λ₁ и λ₂ для опознавания объекта.

Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлена принципиальная схема оптической системы предлагаемого устройства для опознавания объекта в когерентном свете. На фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1.

Цифрами на фиг. 1 обозначены:

1 - первый лазер;

2 - первый объектив (отрицательная линза) первого коллиматора;

3 - второй объектив первого коллиматора;

4 - зеркало;

5 - отражающее покрытие зеркала;

6 - отверстие, выполненное в зеркале;

7 - зона опознавания;

8 - второй лазер;

9 - первый объектив (отрицательная линза) второго коллиматора;

10 - второй объектив второго коллиматора.

Устройство для опознавания объекта в когерентном свете содержит оптически связанные первый лазер 1, первый объектив 2 и второй объектив 3 первого коллиматора, формирующие световой пучок с длиной волны λ₁ и установленные вдоль оптической оси первого коллиматора.

Отличием предлагаемого устройства является то, что оно дополнительно содержит зеркало 4 с отражающим покрытием 5, оптически связанные второй лазер 8, первый объектив 9 и второй объектив 10 второго коллиматора, формирующие световой пучок с длиной волны λ₂.

Оптическая ось второго коллиматора составляет угол 90° с оптической осью первого коллиматора и проходит через центр зеркала 4.

Зеркало 4 с отражающим покрытием 5 расположено за вторым объективом первого коллиматора под углом к оптической оси.

Отражающее покрытие 5 зеркала 4 обращено в противоположную сторону относительно второго объектива первого коллиматора.

В зеркале 4 выполнено отверстие 6 диаметром ∅_о, сквозь которое проходит световой пучок с длиной волны λ₁ первого коллиматора. Диаметр ∅_о определяет внутренний диаметр светового пучка второго коллиматора после отражения его от покрытия 5 зеркала 4.

Диаметр ∅_п светового пучка на выходе второго коллиматора определяется диаметром отверстия ∅_о зеркала и составляет величину, равную 1,5∅_о.

Зеркало 4 и второй коллиматор установлены с возможностью совмещения оптических осей первого и второго коллиматоров, начиная от точки их пересечения, обеспечивая возможность однонаправленного распространения когерентных световых пучков W₁ и W₂ с длинами волн соответственно λ₁ и λ₂ для опознавания объекта в зоне 7.

Принцип действия предлагаемого устройства для опознавания объекта в когерентном свете состоит в следующем.

Когерентное излучение от первого лазера 1, излучающего световой поток на длине волны λ₁, равной 632 нм (зеленый свет), поступает в первый коллиматор, состоящий из объективов 2 и 3. На выходе первого коллиматора формируется пучок параллельных световых лучей W₁ диаметром ∅₁. Затем световой пучок W₁ пропускают через отверстие 6, выполненное в зеркале 4, и далее световой пучок W₁ с длиной волны λ₁ достигает зоны 7 опознавания объекта. Зеркало 4 с отверстием 6 устанавливают под углом 45° к оптической оси первого коллиматора.

При диаметре ∅₁ светового пучка W₁ диаметр ∅_о отверстия 6 зеркала 4, устанавливаемого под углом α, равным 45°, будет определяться формулой ∅_о=∅₁/cosα, где α - угол наклона зеркала 4 к оптической оси. При нахождении опознаваемого объекта в зоне 7 на его поверхности наблюдают сечение («пятно») пучка W₁ диаметром ∅₁ зеленого света, соответствующего длине волны λ₁.

Далее когерентное излучение второго лазера 8, излучающего на длине волны λ₂, направляют во второй коллиматор, состоящий из первого 9 и второго 10 объективов, формирующий световой пучок W₂ диаметром ∅_п. Затем световой пучок W₂ с длиной волны λ₂ направляют на отражающее покрытие 5 зеркала 4. После отражения светового пучка W₂ от зеркала 4 пучок приобретает форму светящегося кольца. Наружный диаметр светящегося кольца определяется световым диаметром ∅_п второго объектива второго коллиматора, а внутренний диаметр - диаметром ∅_о отверстия 6 зеркала 4.

Направление распространения отраженного светового пучка W₂ совпадает с направлением распространения пучка W₁, так как оптические оси первого и второго коллиматоров совпадают друг с другом, начиная от точки их пересечения. При достижении световым пучком W₂ зоны 7 опознавания на объекте наблюдают сечение пучка в форме светящегося кольца, свет которого соответствует длине волны λ₂. Если длину волны λ₂ выбрать равной 670 нм, то светящееся кольцо будет красного света.

Поскольку световые пучки W₁ с длиной волны λ₁ и W₂ с длиной волны λ₂имеют однонаправленное распространение, то на опознаваемом объекте в зоне 7 наблюдают сечение светового пучка, показанное на фиг. 2. На чертеже внутреннее пятно (горизонтальная штриховка) соответствует зеленой области излучения λ₁, наружное сечение - красной области излучения λ₂ (вертикальная штриховка). Следовательно за счет этого достигаются возможность однонаправленного опознавания объекта в когерентных световых пучках с длинами волн λ₁ и λ₂.

С помощью предлагаемого устройства имеется возможность проводить опознавание объекта последовательно во времени как на длине волны λ₁, так и на длине волны λ₂ в зависимости от поставленной задачи.

В предлагаемом устройстве в качестве первого лазера 1 используют лазер, излучающий в инфракрасной области спектра. В предлагаемом устройстве объективы 2 и 3 первого коллиматора изготавливают из оптического материала, прозрачного в инфракрасной области длин волн. Световой пучок W₂ с длиной волны λ₂ видимой области выполняет роль реперного пучка, по которому осуществляют «привязку» к зоне опознавания, а посредством светового пучка инфракрасного излучения W₁ с длиной волны λ₁ выполняют опознавание собственно объекта в зоне 7.

Таким образом, создано устройство, позволяющее расширить технологические возможности при опознавании объекта в когерентном свете для решения различных практических задач.

Посредством предлагаемого устройства появляется возможность проводить опознавание объекта в разных областях видимого диапазона длин волн, а также в инфракрасной области спектра, что существенно расширяет практические возможности устройства.

Реферат

Устройство может быть использовано в геодезии для привязки и ориентации на местности. Устройство содержит первый лазер и первый коллиматор, формирующий световой пучок с длиной волны λ, зеркало с отражающим покрытием, имеющее по центру отверстие диаметром ∅, сквозь которое проходит световой пучок с длиной волны λ, второй лазер и второй коллиматор, формирующий световой пучок с длиной волны λ. Оптическая ось второго коллиматора направлена под углом 90° к оптической оси первого коллиматора и проходит через центр зеркала. Диаметр ∅светового пучка на выходе второго коллиматора равен 1,5∅. Зеркало и второй коллиматор установлены с возможностью совмещения оптических осей второго и первого коллиматоров от точки их пересечения в центре зеркала. Технический результат - расширение технологических возможностей за счет однонаправленного воздействия на опознаваемый объект когерентными световыми пучками с длинами волн λи λ. 2 ил.

Формула